2018-2019-1 20165316 《資訊安全系統設計基礎》第九周學習總結

教材學習內容總結

理解虛擬儲存器的概念和作用

• 虛擬記憶體提供了三個重要的能力：
  • 它將主存看成是一個儲存在磁碟上的地址空間的快取記憶體，在主存中只儲存活動區域，並根據需要在磁碟和主存之間來回傳送資料，通過這種方式，高效的使用了主存。
  • 它為每個程序提供了一致的地址空間，從而簡化了儲存器管理。
  • 它保護了每個程序的地址空間不被其他程序破壞。
• 程式設計師需要理解虛擬記憶體
  • 虛擬記憶體是核心的：有助於理解計算機系統的工作方式
  • 虛擬記憶體是強大的：給與應用程式強大的能力
  • 虛擬記憶體是危險的：合理地管理分配記憶體可以減少出錯風險。

理解地址翻譯的概念

• 地址翻譯：一個N元素的虛擬地址空間（VAS）中的元素和一個M元素的實體地址空間（PAS）之間的對映：MAP: VAS → PAS ∪ ∅
  • MAP = A' ，如果虛擬地址A處的資料在PAS的實體地址A'處
  • MAP = ∅ ，如果虛擬地址A處的資料不在物理儲存器中
• CPU中的一個控制暫存器，頁表基址暫存器指向當前頁表，n 位的虛擬地址包含兩個部分：一個 p 位的虛擬頁面偏移（VPO） 和一個（n-p）位的虛擬頁號，頁表條目中的物理頁頁號和虛擬地址中的VPO串聯起來，就得到了相應的實體地址。

理解儲存器對映

• 儲存器對映：Linux通過將一個虛擬儲存器區域與一個磁碟上的物件（object）關聯起來，以初始化這個虛擬記憶體區域的內容的過程。
• 虛擬記憶體區域可以對映到兩種物件中的一種：
  • Linux 檔案系統中的普通檔案
  • 匿名檔案
• 一旦一個虛擬頁面被初始化了，它就在一個由核心維護的專門的交換檔案（swap file）之間換來換去。交換檔案也叫交換空間，或交換區域。交換空間限制能夠分配的虛擬頁面總數。

掌握動態儲存器分配的方法

• 當執行時需要額外虛擬儲存器時，使用動態記憶體分配器維護一個程序的虛擬儲存器區域。
• 分配器有兩種基本風格。兩種風格都要求應用顯式地分配塊。不同在於由哪個實體來負責釋放已分配地塊：
  • 顯示分配器：要求應用顯式地釋放任何已經分配的塊。
  • 隱式分配器：要求分配器檢測一個已分配塊何時不再被程式所使用，就釋放這個塊。也叫做垃圾收集器。

理解垃圾收集的概念

• 動態記憶體分配器，自動釋放程式不再需要的已分配塊。
• 垃圾收集器將記憶體視為一張有向可達圖，從根節點出發，不可達的堆節點視為垃圾。兩個節點的指向關係是其中一個節點包含另一個的位置資訊。

瞭解C語言中與儲存器有關的錯誤

• 間接引用壞指標
  • 在程序的虛擬地址空間中有較大的洞，沒有對映到任何有意義的資料，如果試圖引用一個指向這些洞的指標，作業系統就會以段異常來終止程式。
  • 典型的錯誤是：scanf("%d",val);，沒有加&符號
• 讀未初始化的記憶體
  • 雖然bass儲存器位置總是被載入器初始化為0，但對於堆儲存器卻並不是這樣的。
  • 常見的錯誤就是假設堆儲存器被初始化為0.
• 允許棧緩衝區溢位
  • 如果一個程式不檢查輸入串的大小就寫入棧中的目標緩衝區，程式就會出現緩衝區溢位錯誤。
• 假設指標和指向他們的物件大小是相同的。
• 造成錯位錯誤。
• 引用指標，而不是他所指向的物件。
• 誤解指標運算
  • 忘記了指標的算術操作是以它們指向的物件的大小為單位來進行，而這種大小單位不一定是位元組。
• 引用不存在的變數
• 引用空閒堆塊中的資料
• 引起儲存器洩露
  • 當不小心忘記釋放已分配塊，而在堆裡建立了垃圾時，就會引起儲存器洩露。

程式碼託管

學習進度條